Учебное пособие: Базовые понятия и определения информатики
Содержание
Раздел 1 Базовые понятия и определения информатики
Тема 1 Информация, данные и знания
1.1 Понятие «информация» и ее определения
1.2 Информация и данные. Информация и информационный процесс
1.3 Особенности знаний как формы предоставления информации
Вариант 1 Какие существуют меры информации и когда ими надо пользоваться
Вариант 1 Что происходит при извлечении знаний
Тема 2 Постановка и решение задач на компьютере
2.1 Понятие «задача»
2.2 Классификация задач, решаемых на ЭВМ
2.3 Этапы решения задачи на компьютере
2.4 Категории специалистов, охваченных процессом решения задачи
Вариант 1 Определите понятие «модель» и «моделирование»
Вариант 1Соотнесите понятие «данные» и «алгоритм»
Вариант 1 Перечислите основные принципы компьютера фон –неймановской архитектуры и разъясните их содержание
Тема 3 Сложные задачи и системный подход к их решению
3.1 Понятие «сложная задача»
3.2 Основные положения и определения методологии решения сложных задач
Вариант 1 Дайте определения структуры и иерархии. Приведите примеры их графического представления
Вариант 1 Зачем необходимо использовать технологию модульного проектирование
Тема 4 Информационные ресурсы и информационное общество
Вариант 1 Соотнесите понятия: информация, система знаний и информационный ресурс
Тема5 Информатика – предмет и задачи
5.1 Информатика: предмет и задачи
5.2 Объект и функции информатики
5.3 Общая структура информатики
5.4 Основные компоненты информатики: технические средства, программные средства, алгоритмические средства
Вариант 1 Расскажите об информатике как об отрасли
Раздел 2 Вычислительные системы
Тема 6 Архитектура вычислительных систем
6.1 Что такое архитектура ЭВМ? Сформулируйте определение и расшифруйте его
6.2 Вычислительная система и ее основные компоненты
6.3 Основные функции ТС и ПО
6.4 Интерфейс «человек-компьютер» и его роль в вычислительной системе
6.5 Уровни ВС и понятие архитектуры ВС
Вариант 1 Дайте классификацию средств вычислительной техники
Тема 7 Основные концепции построения вычислительных систем
Вариант 1 Дайте определение жизненного цикла вычислительной системы и ее компонент
Тема 8 Архитектура персонального компьютера
8.1 Состав основных блоков ПЭВМ
8.2 Базовая структура ПЭВМ
8.3 Основные характеристики персонального компьютера и ориентировочные значения некоторых из них
8.4 Основные принципы выбора персонального компьютера
8.5 Конфигурация персонального компьютера. Составление различных устройств по прайс-листу
8.6 Классификация, современное состояние и основные характеристики ПЭВМ
8.7 ОС Windows. Назначение. Структура. Функции
Вариант 1 Каково назначение и основные характеристики внутренней памяти персонального компьютера
Вариант 1 Опишите уровни доступа к справочной информации Windows
Раздел 3 Инструментальные системы для решения экономических задач
Тема 9 Экономическая задача и пакет прикладных программ MS Office
9.1 Виды и структура экономических данных
9.2 Документ как основная форма предоставления экономической информации
9.3 Формы предоставления экономической информации. Табличное хранение информации
9.4 Специфика постановки и решения экономической задачи на ЭВМ
9.5 Пакет прикладных программ MS Office как средство решения экономических задач
Вариант 1 Какие ППП считаются офисными
Тема 10 Подготовка текстовых документов. Текстовый процессор Word
10.1 Возможности текстового процессора MS Word
10.2 Основные этапы создания документа: анализ и планирование работы; определение рабочего места: ввод и редактирование текста; форматирование текста; компоновка страницы; определение структуры документа
Вариант 1 Сколько и какие режимы работы Word вы знаете
Тема 11 Табличное хранение данных. Табличный процессор MS Excel
11.1 Табличный процессор MS Excel. Основные понятия и возможности
11.2 Классы задач, решаемых с использованием Excel
11.3 Подобрать документы, которые можно создать с использованием Excel и которые наиболее полно отражают его инструментальные возможности
Вариант 1 Опишите средства первичной настройки рабочего места MS Excel
Вариант 1 Как организуются циклические вычисления
Раздел 4 Перспективы развития информатики и вычислительной техники
Тема 13 Концепции развития информатики
Вариант 1 Совершенствование материально-технической базы информатики
Список литературы
Приложение 1 Возможности Word
Приложение 2 Возможности Excel
Раздел 1 Базовые понятия и определения информатики
Тема 1 Информация, данные и знания
Общая часть
1.1 Понятие «информация» и ее определения
Поскольку из-за многозначности понятия информация, очень трудно дать четкое определение, рассматривают по крайней мере четыре различных подхода к данному понятию[1]. В первом «обыденном» подходе, слово информация применяется как синоним интуитивно понимаемых слов: сведение, значение, сообщение, осведомление. Во втором «кибернетическом» подходе понятие информация широко используется в системе управляющего сигнала, передаваемого по линиям связи (1,0). В «философском» понятии информация тесно связана с такими понятиями как взаимодействие, отражение. В «вероятностном» подходе под информацией не любое сообщение, а лишь то, которое уменьшает неопределенность знаний о каком либо событии у получателя информации.
В зависимости от сферы использования информация делится на:
1) экономическую
2) техническую
3) генетическую
Виды информации: текстовая, числовая, графическая.
Различают виды информации по способу передачи и восприятия. Информацию, передаваемую видимыми образами и символами, называют визуальной, звуками – аудиальной, ощущениями – тактильной, запахом и вкусом – оргонолептической, а выдаваемую или воспринимаемую ЭВМ – машинной.
Классификация по признаку область возникновения: элементарная (отражающая процессы и явления неодушевленной природы), биологическая (процессы живой природы) и социальная (человеческого общества).
Формы представления информации: непрерывная и дискретная. Непрерывная информация – величина характеризующая процесс не имеющий перерывов или промежутков (т. тела). Дискретная – последовательность символов, характеризующая прерывистую изменяющуюся величину (речь).
1.2 Информация и данные. Информация и информационный процесс
В обыденной жизни информацию отождествляют с понятиями сообщение, сведения, данные, знания. Такое соотношение допустимо лишь до некоторой степени, так как у всех этих понятий есть одно общее важное свойство – они обозначают нечто, являющееся отображением реальных объектов и процессов. Однако, как только ставится вопрос о совершенствовании информационных процессов, подобное понимание термина "информация" обнаруживает ряд недостатков. Так, очевидным является то, что целью функционирования информационных систем не может быть выдача как можно большего количества информации (показателей, документов). Один лаконичный, грамотно составленный документ чаще всего полезнее "информативнее", чем несколько документов. Взяв ряд исходных показателей, можно получить множество различных производных, но увеличение числа последних не обязательно будет отражать прирост полезных сведений (знаний).
Следовательно, данные или сообщения содержат нечто такое, от чего зависит их сравнительная ценность, ради чего они собираются, передаются и обрабатываются. Именно поэтому под термином "информация" чаще всего понимают содержательный аспект данных, проводя, таким образом, различие между информацией и данными. Термин "данные" происходит от латинского слова data – факт, а термин "информация" – от латинского "informatio", что означает разъяснение, изложение.
Данные можно разделить на два вида. К первому относятся фактические данные, то есть характеристики реальных объектов и процессов в виде чисел, формул, описаний, чертежей, символов и т.п.
Информация не существует сама по себе, так как она подразумевает наличие объекта (источника), отражающего информацию, и субъекта (приемника, потребителя), воспринимающего ее. Всякое событие, всякое явление служит источником информации.
Процесс передачи информации от источника к получателю называется Информационным процессом (рисунок 1)[2].
Всем информационным процессам присущи такие атрибуты: носители информации, каналы связи, информационные контуры, сигналы информации, данные, сведения и т.д. Все они описываются такими характеристиками, как надежность, эффективность, информационный шум, избыточность и др. Все информационные процессы делятся на такие идентичные фазы и подпроцессы: прием, кодирование, передача, декодирование, хранение, извлечение, отображение информации.
Рисунок 1 Общая схема передачи информации
1.3 Особенности знаний как формы предоставления информации
Проблема представления знаний для ИС чрезвычайно актуальна, так как ИС - это система функционирование которой опирается на знания о предметной области, которые хранятся в её памяти. Представление знаний - это одно из направлений в исследованиях по искусственному интеллекту. Другие направления это – манипулирование знаниями, общение, восприятие, обучение и поведение. Перечислим ряд особенностей присущих различным формам представления знаний в ЭВМ.
1. Внутренняя интерпретируемость. Каждая информационная единица должна иметь уникальное имя, по которому ИС находит её, а также отвечает на запросы, в которых это имя упомянуто.
2. Структурированность. Информационные единицы должны были обладать гибкой структурой. Для них должен выполняться 'принцип матрешки', т.е. рекурсивная вложенность одних информационных единиц в другие. Каждая информационная единица может быть включена в состав любой другой, и из каждой единицы можно выделить некоторые её составляющие. Другими словами должна существовать возможность произвольного установления между отдельными информационными единицами отношений типа 'часть - целое',' род -вид' или 'элемент - класс'.
3. Связность. В информационной базе между информационными единицами должна быть предусмотрена возможность установления связей различного типа. Прежде всего эти связи могут характеризовать отношения между информационными единицами.. Перечисленные три особенности знаний позволяют ввести общую модель представления знаний, которую можно назвать семантической сетью, представляющей собой иерархическую сеть в вершинах которой находятся информационные единицы.
4. Семантическая метрика. На множестве информационных единиц в некоторых случаях полезно задавать отношение, характеризующее информационную близость информационных единиц, т.е. силу ассоциативной связи между информационными единицами.
5. Активность. С момента появления ЭВМ и разделения используемых в ней информационных единиц на данные и команды создалась ситуация, при которой данные пассивны а команды активны. Все процессы протекающие в ЭВМ инициируются командами, а данные используются этими командами лишь в случае необходимости. Перечисленные пять особенностей информационных единиц определяют ту грань, за которой данные превращаются в знания, а базы данных перерастают в базы знаний (БЗ).
Вариант 1 Какие существуют меры информации и когда ими надо пользоваться
Для измерения информации вводятся два параметра: количество информации I и объем данных Vд. Эти параметры имеют разные выражения и интерпретацию в зависимости от рассматриваемой формы адекватности. Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации и объема данных (рисунок 2)[3].
Рисунок 2 Меры информации
Объем данных Vд в сообщении измеряется количеством символов (разрядов)в этом сообщении.
На синтаксическом уровне рассматриваются внутренние свойства сообщений, т. е. отношения между знаками, отражающие структуру данной знаковой системы.
На семантическом уровне анализируются отношения между знаками и обозначаемыми ими предметами, действиями, качествами, т. е. смысловое содержание сообщения, его отношение к источнику информации;
На прагматическом уровне рассматриваются отношения между сообщением и получателем, т. е. потребительское содержание сообщения, его отношение к получателю.
Вариант 1 Что происходит при извлечении знаний
Инженер по знаниям (аналитик) является главной фигурой при извлечении знаний из источника знаний (эксперта, документации и т.д.). Результат его работы отражает структуру представлений и рассуждений специалистов. Знания можно извлекать и другими способами, но указанная стратегия является наиболее распространенной.
Объективные трудности извлечения знаний обусловлены тем, что[4]:
a. знания эксперта многослойны, часто из цепочки рассуждений со временем выпадают звенья, которые непросто восстановить;
b. часть знаний и умений хранится в памяти в невербальной форме и связана сложной логико-ассоциативной сетью;
c. большинству экспертов не свойственна аналитичность и способность к ясному изложению.
Исходя из этого видно, что извлечение знаний это непростой процесс. И человек-аналитик, на котором лежит вся тяжесть интервьюирования источника знаний, должен обладать специальными знаниями по системному анализу, формальной логике, когнитивному моделированию, а главное, методологии извлечения знаний. Инженеры по знаниям, при обработке знаний, придерживаются следующего алгоритма работы:
анализ предметной области (ПО);
извлечение знаний;
структурирование знаний.
Тема 2 Постановка и решение задач на компьютере
Общая часть
2.1 Понятие «задача»
Решение задачи, особенно достаточно сложной - достаточно трудное дело, требующее много времени. И если задача выбрана неудачно, то это может привести к потере времени и разочарованию в применении ЭВМ для принятия решений. Каким же основным требованиям должна удовлетворять задача?
A. Должно существовать как минимум один вариант ее решения, ведь если вариантов решения нет, значит выбирать не из чего.
B. Надо четко знать, в каком смысле искомое решение должно быть наилучшим, ведь если мы не знаем чего хотим, ЭВМ помочь нам выбрать наилучшее решение не сможет.
Выбор задачи завершается ее содержательной постановкой. Необходимо четко сформулировать задачу на обычном языке, выделить цель исследования, указать ограничения, поставить основные вопросы на которые мы хотим получить ответы в результате решения задачи.
Здесь следует выделить наиболее существенные черты экономического объекта, важнейшие зависимости, которые мы хотим учесть при построении модели. Формируются некоторые гипотезы развития объекта исследования, изучаются выделенные зависимости и соотношения. Когда выбирается задача и производится ее содержательная постановка, приходится иметь дело со специалистами в предметной области (инженерами, технологами, конструкторами и т.д.). Эти специалисты, как правило, прекрасно знают свой предмет, но не всегда имеют представление о том, что требуется для решения задачи на ЭВМ. Поэтому, содержательная постановка задачи зачастую оказывается перенасыщенной сведениями, которые совершенно излишни для работы на ЭВМ.
2.2 Классификация задач, решаемых на ЭВМ
Существует три типа задач для которых создается информационная система: структурированные (формализованные), неструктурированные (неформализованные) и частично структурированные.
Структурированная (формализованная) задача – задача, где известны все ее элементы и взаимосвязи между ними.
Неструктурированная задача – задача, в которой невозможно выделить элементы и установить связи между ними.
В структурированных задачах удается выразить ее содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения. Подобные задачи обычно приходится решать многократно, и они носят рутинный характер. Целью использования информационной системы для решения структурированной задачи является автоматизация их решения, т.е. сведение роли человека к нулю.
Решение неструктурированных задач из-за невозможности создания математического описания и разработки алгоритма связано с большим трудом, решение в таких случаях принимается человеком на основе своего опыта, косвенной информации из разных источников.
О большинстве задач можно сказать что известно лишь часть элементов и связей между ними, такие задачи называются частично структурированными.
2.3 Этапы решения задачи на компьютере
Современные ЭВМ отвечают самым высоким требованиям.
Чтобы человеку принять решение без ЭВМ, зачастую ничего не надо. Подумал и решил. Человек, хорошо или плохо, решает все возникающие перед ним задачи. Правда никаких гарантий правильности при этом нет. ЭВМ же никаких решений не принимает, а только помогает найти варианты решений. Данный процесс состоит из следующих этапов (рисунок 3):
Этапы решения.
1. Выбор задачи
2. Составление модели
3. Составление алгоритма
4. Составление программы
5. Ввод исходных данных
6. Анализ полученного решения
Рисунок 3 Этапы решения задачи на компьютере[5]
2.4 Категории специалистов, охваченных процессом решения задачи
Когда выбирается задача и производится ее содержательная постановка, приходится иметь дело со специалистами в предметной области (инженерами, технологами, конструкторами и т.д.).
Вариант 1 Определите понятие «модель» и «моделирование»
B процессе деятельности человека вырабатывается система представлений о тех или иных свойствах объекта и их взаимосвязях. Она формируется в виде описания объекта на обычном языке, фиксируется на бумаге языком рисунка, чертежа, графика, уравнений и формул или реализуется в виде макетов, механизмов и устройств. Все это обобщается в едином понятии — модель, а исследование объектов познания на их моделях называют моделированием. Предметом изучения с помощью моделирования могут быть конкретные и абстрактные предметы, действующие и проектируемые системы, существующие и проектируемые процессы.
Прогресс в познании окружающего мира и в воздействии на него в значительной степени основан на создании моделей, к которым применяются методы мышления по аналогии. Методы моделирования и его цели разнообразны, и они определяют характер используемых моделей.
Основные цели моделирования:
1. понять как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром (ПОНИМАНИЕ).
2. научиться управлять объектом (процессом) и определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (УПРАВЛЕНИЕ).
3. прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект (ПРОГНОЗИРОВАНИЕ).
Различают модели:
1. материальные (натурные) – основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (на каких-то телах или процессах). Их делят на физические и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому. Граница между физическими и аналоговыми условна.
2. идеальные – неразрывным образом связаны с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Единого подхода к классификации идеальных моделей нет:
a. вербальные (текстовые) модели – используют последовательности предложений на диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности.
b. Математические модели – широкий класс моделей, использующих математические методы.
c. Информационные модели – класс моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах разнообразной природы.
Вариант 1Соотнесите понятие «данные» и «алгоритм»
Алгоритм - это конечный набор правил, позволяющих чисто механически решать любую конкретную задачу из некоторого класса однотипных задач. При этом подразумевается:
1 исходные данные могут изменяться в определенных пределах: {массовость алгоритма}
2 процесс применения правил к исходным данным (путь решения задачи) определен однозначно: {детерминированность алгоритма}
3 на каждом шаге процесса применения правил известно, что считать результатом этого процесса: {результативность алгоритма}
Если модель описывает зависимость между исходными данными и искомыми величинами, то алгоритм представляет собой последовательность действий, которые надо выполнить, чтобы от исходных данных перейти к искомым величинам.
Удобной формой записи алгоритма является блок схема. Она не только достаточно наглядно описывает алгоритм, но и является основой для составления программы. Каждый класс математических моделей имеет свой метод решения, который реализуется в алгоритме.
Вариант 1 Перечислите основные принципы компьютера фон –неймановской архитектуры и разъясните их содержание
В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения Джоном фон Нейманом.
Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:
1. Арифметическо-логическое устройство, выполняющие арифметические и логические операции;
2. Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
3. Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
4. Внешние устройства для ввода-вывода информации.
В основе работы компьютера лежат следующие принципы:
1 Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
2 Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
3 Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
4 Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Машины, построенные на этих принципах, называются Фон-Неймановскими.
Тема 3 Сложные задачи и системный подход к их решению
Общая часть
3.1 Понятие «сложная задача»
Большинство практических задач обработки данных относят к числу сложных. Сложность задач оценивается обрабатываемостью данных и сложностью алгоритмов их решения. Сложность данных обычно оценивается их количеством. Сложность алгоритмов оценивается объемом вычислений, необходимых для получения требуемых результатов
3.2 Основные положения и определения методологии решения сложных задач
При решении сложных задач требуется составление сложных алгоритмов, особенно сказывается преимущество доказательного программирования. Для этого программы решения сложных задач составляют из вспомогательных алгоритмов и подпрограмм, решающих более простые подзадачи.
Анализ правильности сложных алгоритмов и программ распадается на анализ правильности каждого из вспомогательных алгоритмов и на анализ правильности в целом. Необходимым условием для этого является составление спецификации для каждого вспомогательного алгоритма и каждой подпрограммы.
При таком подходе доказательство правильности сложных алгоритмов и программ подразделяется на доказательство ряда лемм о правильности вспомогательных алгоритмов и подпрограмм и доказательство правильности программ в целом.
Методология разработки сложных задач включает следующие элементы:
- модульное программирование
- структурное программирование
- нисходящая разработка (проектирование сверху вниз)
- стиль программирования
Вариант 1 Дайте определения структуры и иерархии. Приведите примеры их графического представления.
При структурировании знаний важно понимать природу объектов. Когда один объект или группа из нескольких объектов представляются другими объектами, которые концептуально от них отличаются, все эти объекты в совокупности, как правило, образуют иерархическую структуру. В реальном мире сложные объекты почти без исключения реализуются в виде конструкций, за элементы которой принимаются более простые объекты. Следовательно, понятие иерархии является неотъемлемым для представления структурных отношений в объектах. Во многих случаях это понятие является многоуровневым в том смысле, что по существу структурные элементы объекта сами по себе представляют конструкции, состоящие из более простых сущностей. Внутри компьютера такое понятие иерархии описывается иерархической структурой данных. Объекты, находящиеся в иерархических отношениях внутри реального мира, поставлены в соответствие структуре данных. Исходя из этого, сначала задается систематика в структуре данных. Крайне важно сохранение семантики, а система обработки знаний должна обладать возможностями управления этими семантическими отношениями.
ПО может быть описана множеством объектов и связей между ними. Каждый объект обладает набором определенных свойств, и для него могут быть указаны значения этих свойств. Естественно, реальный объект не сводится к простой совокупности свойств, определяемых системой. Однако, чтобы опознать объект, выделить его из предметной области, а затем представить в виде данных, достаточно значений фиксированных свойств. Если в описании объекта зафиксировать набор свойств и менять значения этих свойств, выбирая их из некоторого множества, допустимого семантикой данной предметной области, то получится множество объектов. Объекты этого множества объектов будут сходными между собой, потому что будут описываться одним и только одним набором свойств. В то же время каждый объект будет отличаться от другого значением одного или нескольких из свойств набора. Подобная статическая структура объектов является унифицированной, относительно конкретного множества объектов. Единица такого множества представляет объект внешнего мира только определенным набором свойств. В действительности же объект может обладать специфическими свойствами, отличными от возможных специфических свойств других объектов, если такие существуют. И было бы естественно эти свойства также отображать в динамической таблице информационной системы. В результате мы получим множество объектов, определяемых множеством известных свойств, и при этом будем иметь дополнительные свойства, присущие конкретному объекту.
Явления реального мира зачастую могут быть описаны с помощью структурных взаимосвязей между совокупностями фактов. Для представления информации о подобного рода явлениях может быть использована структурная модель данных. В общем случае можно выделить два типа связей данных: а) связь между атрибутами одного и того же объекта; б) связь между объектами.
Связь атрибутов представляется типом записей, которые в свою очередь являются поименованной совокупностью элементов данных. Связи между объектами могут быть представлены некоторым графом или диаграммой структуры данных.
Различают взаимосвязи типа “один к одному”, “один ко многим”.
Любой объект может быть и главным и подчиненным, это означает, что каждый объект может участвовать в любом числе взаимосвязей.
Вариант 1 Зачем необходимо использовать технологию модульного проектирование
Программное изделие (ПИ) создается на основе модально-иерархической структуры, состоящей из модулей. Модуль – отдельная функционально законченная программная единица, которая может применяться самостоятельно, либо быть частью программы.
К преимуществам разработки ПИ с использованием модулей можно отнести следующие:
• улучшается качество проектирование ПИ;
• улучшаются возможности оптимального использования ресурсов на разработку за счет распределения работы над модулем между программистами в соответствии с их способностями;
• упрощается проведение работ по тестированию, отладке и сопровождению
• упрощается оценка текущего состояния работ.
Модуль обладает тремя основными признаками: реализует одну или несколько функций, имеет определенную логическую структуру и используется в одном или нескольких контекстах. Функция представляет собой внешнее описание действий, выполняемых модулем, без указания того, как эти действия производятся. Логика модуля определяет его внутренний алгоритм, т.е. то, как модуль выполняет функцию. Контекст описывает конкретное использование модуля. Функцию модуля можно рассматривать как совокупность логики модуля и функций всех подчиненных (вызываемых) модулей. Существует много способов проектирования, при применении которых программа разбивается на множество модулей, их сопряжении и отношений. В результате использования этих методов достигается минимальная сложность структуры ПИ.
Тема 4 Информационные ресурсы и информационное обществоВариант 1 Соотнесите понятия: информация, система знаний и информационный ресур
В информационном обществе акцент внимания и значимости смещается с традиционных видов ресурсов на информационный ресурс, который хотя всегда существовал, не рассматривался ни как экономическая, ни как иная категория.
Одним из ключевых понятий при информатизации общества стало понятие «информационный ресурс»[6]. Информационный ресурс – отдельные документы, отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, банков данных, других информационных системах).
В них в разных формах представлены знания, которыми обладали люди, создавшие их. Таким образом, информационный ресурс – это знания, подготовленные людьми для социального использования в обществе и зафиксированные на материальном носители. Информационные ресурсы общества если их понимать как знания, отчуждены от тех людей которые их накапливали, обобщали, анализировали, создавали и т.д. Эти знания материализовались в виде документов, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, а также произведений искусства, литературы, науки.
Тема5 Информатика – предмет и задачи
Общая часть
5.1 Информатика: предмет и задачи
Информатика - общее название для группы дисциплин, занимающихся различными аспектами применения и разработки ЭВМ. Данные группы дисциплин можно разделить на 4 вида: (высшая математика, прикладная математика, теория вероятностей, статистика и т.д.) (проектирование баз данных, проектирование автоматизированных экономических информационных систем и т.д.) Дисциплины прикладного значения (автоматизированное рабочее место (АРМ) экономиста, искусственный интеллект и экспертные системы, case - технологии). Информатика - наука о законах и методах организации и переработки информации в естественных и искусственных системах с применением ЭВМ. Информатика - наука о законах и методах организации и переработки информации с применением ЭВМ и минимизацией бумажных носителей и человеческого труда. Суть безбумажной технологии - необходимость комплексной автоматизации управленческого труда, при которой большая часть информационных потоков замыкается вне человека. Предмет - экономическая информатика. Экономическая информатика – наука, изучающая методы автоматизированной обработки экономической информации с помощью средств вычислительной и организационной техники.
Задачи информатики состоят в следующем:
- исследование информационных процессов любой природы;
- разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
- решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.
5.2 Объект и функции информатики
Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Она представляет методы и средства исследования другим областям, даже таким, где считается невозможным применения количественных методов из-за неформализуемости процессов и явлений. Особенно следует выделить в информатике методы математического моделирования и методы распознавания образов, практическая реализация которых стала возможным благодаря достижениям компьютерной техники. Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.
5.3 Общая структура информатики
Рисунок 4 Структура информации как отрасли, науки, прикладной дисциплины
5.4 Основные компоненты информатики: технические средства, программные средства, алгоритмические средства
Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей – технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств (brainware).
Вариант 1 Расскажите об информатике как об отрасли
Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности[7].
Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. Более того, для нормального развития этих отраслей производительность труда в самой информатике должна возрастать более высокими темпами, так как в современном обществе информация все чаще выступает как предмет конечного потребления: людям необходима информация о событиях, происходящих в мире, о предметах и явлениях, относящихся к их профессиональной деятельности, о развитии науки и самого общества. Дальнейший рост производительности труда и уровня благосостояния возожжен лишь на основе использования новых интеллектуальных средств и человеко-машинных интерфейсов, ориентированных на прием и обработку больших объемов мультимедийной информации (текст, графика, видеоизображение, звук, анимация). При отсутствии достаточных темпов увеличения производительности труда во всем народном хозяйстве. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.
Раздел 2 Вычислительные системы
Тема 6 Архитектура вычислительных систем
Общая часть
6.1 Что такое архитектура ЭВМ? Сформулируйте определение и расшифруйте его
Говоря об устройстве компьютера, необходимо рассказать о понятии «архитектура».
Архитектура- это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов[8].
То есть, к архитектуре относят такие принципы построения ЭВМ:
1 Структура памяти ЭВМ
2 Способы доступа к памяти и внешним устройствам
3 Возможность изменения конфигурации компьютера
4 Система команд
5 Форматы данных
6 Организация интерфейса
Замечание. Технические детали устройства ЭВМ устаревают очень быстро (пример 1992 – 2004 г.), однако фундаментальные принципы, напротив используются в течение очень длительного времени.
6.2 Вычислительная система и ее основные компоненты
Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называется вычислительной техникой. Конкретный набор взаимосвязанных между собой устройств, предназначенных для обслуживания одного рабочего участка, называется вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер. Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной системы принято рассматривать отдельно. К аппаратному обеспечению вычислительной системы относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию – аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков. Программное обеспечение и программы – упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой программы – управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в компьютере в непрерывной связи и непрерывном взаимодействии.
6.3 Основные функции ТС и ПО
Технические средства предназначены для работы информационной системы. К настоящему моменту сложилась две формы организации технического обеспечении (формы использования технических средств) централизованная и частично или полностью децентрализованная.
Рисунок 5 Уровни ПО
В состав ПО входят общесистемные и специальные программы, продукты, а также техническая документация[9]. В общем виде ПО предназначено для решения типовых задач обработки информации. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь. Многие программы работают, опираясь на программы более низкого уровня. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию, каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующего уровня. Необходимо рассмотреть назначение каждого уровня программного обеспечения.
Базовый уровень отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Системный уровень – переходный, в его состав входят программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами и взаимодействие с пользователем. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением. От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Основное назначение программного обеспечения служебного уровня состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Прикладной уровень представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания.
6.4 Интерфейс «человек-компьютер» и его роль в вычислительной системе
Человеко-машинный интерфейс обеспечивает связь между пользователем и компьютером - он позволяет достигать поставленных целей, успешно находить решение поставленной задачи. Взаимодействие - обмен действиями и реакциями на эти действия между компьютером и пользователем. Несколько лет назад основным видом взаимодействия был текст (так называемые терминальные или командные системы). В настоящее время, взаимодействие может также включать графику и иконки (знаки) вместо текста, но для описания процесса взаимодействия все равно еще используется текст.
Имеется ряд стилей взаимодействий, которые делятся на два основных вида. Первый – это использование интерфейса языка команд - ввод команд текстовыми средствами; и второй – это непосредственное манипулирование. Таким образом, имеется ряд способов, которыми пользователь мог бы связываться с компьютером:
1 Языки команд - пользователь управляет системой, вводя соответствующие команды в тестовом режиме;
2 Вопрос и ответ - диалог, где компьютер задает вопросы, а пользователь отвечает ему (или наоборот);
3 Формы - пользователь заполняет формы или поля диалога, вводя данные в необходимые поля;
4 Меню - пользователь обеспечен рядом опций и управляет системой, выбирая необходимые пункты;
5 Прямое манипулирование - пользователь управляет объектами на экране посредством устройства манипулирования, типа мыши. Другой термин, используемый для прямого интерфейса манипулирования - Графический Интерфейс Пользователя.
В различных операционных системах не сегодняшний день обычно используются комбинированные стили взаимодействия из приведенных выше.
Роль интерфейса заключается в том, чтобы отобразить информацию настолько эффективно насколько это возможно для человеческого восприятия и структурировать отображение на дисплее таким образом, чтобы привлечь внимание к наиболее важным единицам информации. Основная же цель состоит в том, чтобы минимизировать общую информацию на экране и представить только то, что является необходимым для пользователя.
6.5 Уровни ВС и понятие архитектуры ВС
Понятие «архитектура» является одной из главных интегральных характеристик ВС, которая определяет процесс обработки данных в вычислительной системе и включает методы кодирования данных, состав назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Пользователя интересуют не только такие характеристики ЭВМ, как емкость оперативной памяти, производительность и другие характеристики самой ЭВМ, но и форма общения (пакетный режим, разделение времени, диалоговый), системы программирования, возможности операционной системы, наличие пакетов прикладных программ.
Вычислительную систему рассматривают в трех уровнях: состава, структуры и процессов.
Вариант 1 Дайте классификацию средств вычислительной техники
ЭВМ или компьютеры являются преобразователями информации. В них исходные данные задачи преобразуются в результат ее решения. В соответствии с используемой формой представления информации машины делятся на два класса: непрерывного действия – аналоговые и дискретного действия – цифровые[10].
По режиму работы ВС делятся на однопрограммные и мультипрограммные, случай, когда в памяти машины находится одна рабочая программа, которая, начав выполняться, завершается до конца, в противоположность этому принципу мультипрограммные ВС выполняют в один и тот же момент времени несколько программ или их частей.
Классификация систем по режиму обслуживания. Режим индивидуального пользования. Машина предоставляется полностью в распоряжение пользователя, по крайней мере, на время решения его задачи. Пользователь имеет непосредственный доступ к машине и имеет право осуществлять операции ввода вывода. Режим пакетной обработки. Пользователь не имеет непосредственного доступа к ВС, подготовленные им программы передаются персоналу, обслуживающему систему, и затем накапливаются во внешней памяти. Система по расписанию выполняет накопленный пакет программ. Режим коллективного пользования или многопользовательский режим. Форма обслуживания, при которой возможен доступ нескольких пользователей к вычислительным ресурсам мощной ВС. Каждому пользователю предоставлен терминал, с помощью которого он устанавливает связь с системой коллективного пользования. Системы коллективного использования с квантованным обслуживанием называются системами с разделением времени. По количеству процессоров (машин) в ВС, определяющему возможность параллельной обработки программ, ВС делятся на однопроцессорные (одномашинные), многомашинные и многопроцессорные. Многомашинные и многопроцессорные ВС создаются для повышения производительности и надежности вычислительных систем и комплексов. По особенностям территориального размещения и организации взаимодействия частей системы различают следующие типы ВС. Сосредоточенные ВС. В них весь комплекс оборудования, включая терминалы пользователя сосредоточен в одном месте и связь между отдельными машинами и устройствами обеспечивается, стандартными для системы внутренними интерфейсами. ВС с телеобработкой. В них отдельные источники и приемники информации, включая терминалы пользователя расположены на таком значительном расстоянии от вычислительных средств что связь их с центральными средствами ВС осуществляется по каналам связи. Вычислительные сети представляет собой территориально рассредоточенную многомашинную систему, состоящую из взаимодействующих ЭВМ, связанных между собой каналами передачи данных. ПО особенностям функционирования ВС во времени различают ВС работающие не в реальном масштабе времени и в реальном масштабе последние должны работать в темпе с процессом, информация о котором автоматически поступает в ВС и обрабатывается. Результаты должны получаться так быстро, чтобы можно было ими воспользоваться для воздействия на сам процесс.
Тема 7 Основные концепции построения вычислительных систем
Вариант 1 Дайте определение жизненного цикла вычислительной системы и ее компонент
Потребность в создании вычислительной системы может обусловливаться либо необходимостью автоматизации или модернизации существующих информационных процессов, либо необходимостью коренной реорганизации в деятельности предприятия (проведения бизнес-реинжиниринга). Потребности создания вычислительной системы указывают, во-первых, для достижения каких именно целей необходимо разработать систему; во-вторых, к какому моменту времени целесообразно осуществить разработку; в-третьих, какие затраты необходимо осуществить для проектирования системы.
Проектирование вычислительной системы – трудоемкий, длительный и динамический процесс. Технологии проектирования, применяемые в настоящее время, предполагают поэтапную разработку системы. Этапы по общности целей могут объединяться в стадии. Совокупность стадий и этапов, которые проходит вычислительная системы в своем развитии от момента принятия решения о создании системы до момента прекращения функционирования системы, называется жизненным циклом вычислительной системы.
Тема 8 Архитектура персонального компьютера
Общая часть
8.1 Состав основных блоков ПЭВМ
Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков)[11]:
системного блока;
клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;
монитора (или дисплея) - для изображения текстовой и графической информации.
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте - в "наколенном" (лэптор) или "блокнотом" (ноутбук) исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре.
8.2 Базовая структура ПЭВМ
Теперь более конкретизируем понятие ЭВМ. Рассмотрим общую структуру ПЭВМ на примере ПК (как наиболее простую и приближенную к жизни).
Структурно компьютер состоит из функциональных блоков:
¾устройств памяти;
¾центрального процессора;
¾устройств ввода-вывода;
¾тактового генератора;
¾периферийного оборудования обеспечивающего общение человека с компьютером.
Характер действий и их последовательность определяются программой, (совокупность машинных операций, называемых командами). Все основные функциональные узлы компьютера связаны друг с другом многопроводными магистралями — шинами.
8.3 Основные характеристики персонального компьютера и ориентировочные значения некоторых из них
Необычайно быстрое развитие вычислительной техники приводит к тому, что одновременно в употреблении находится большое количество компьютеров с достаточно разнообразными характеристиками. Поэтому очень полезно знать, каковы основные характеристики узлов компьютера, на что они влияют и как их подбирать. Здесь будут рассмотрены параметры наиболее важных устройств компьютера, таких как процессор и внутренняя память.
Начнем с процессора. Очевидно, что пользователя в первую очередь интересует его производительность, т.е. скорость выполнения предложенной процессору задачи. Традиционно быстродействие процессора измерялось путем определения количества операций в единицу времени, как правило, в секунду. До тех пор, пока машины выполняли только вычисления, такой показатель был достаточно удобен. Однако по мере развития вычислительной техники количество видов обрабатываемой информации возрастало, и обсуждаемый показатель перестал быть универсальным. Именно поэтому сейчас получила широкое распространение другая характеристика скорости работы процессора – его тактовая частота. Рассмотрим данную величину подробнее. Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Для организации последовательного выполнения требуемых тактов друг за другом, в компьютере имеется специальный генератор импульсов, каждый из которых инициирует очередной такт машинной команды (какой именно, определяется устройством процессора и логикой выполняемой операции). Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Из сказанного следует, что тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в мегагерцах – т.е. миллионах импульсов за 1 сек. Разумеется, тактовая частота не может быть произвольно высокой, поскольку в какой-то момент процессор может просто "не успеть" выполнить очередной такт до прихода следующего импульса. Однако инженеры делают все возможное для повышения значения этой характеристики процессора, и на данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 1000 МГц, т.е. 1 ГГц (1 гигагерц).
Хотя память компьютера состоит из отдельных битов, непосредственно "общаться" с каждым из них невозможно: биты группируются в более крупные блоки информации и именно они получают адреса, по которым происходит обращение к памяти. По сложившейся исторической традиции минимальная порция информации, которую современный компьютер способен записать в память составляет 8 бит или 1 байт. Отсюда становится очевидным, что общий объем памяти должен измеряться в байтах, или в производных от него единицах. Размер памяти персональных компьютеров стремительно возрастает. Первые модели имели 16-разрядное адресное пространство и, следовательно, объем памяти 216 = 64 Кбайта. Затем, когда памяти под разрабатываемые программные системы перестало хватать, инженеры введением некоторых весьма специфических способов формирования адреса увеличили ее размер на порядок – в MS DOS стандартная память была принята равной 640 Кбайт. Сейчас вы вряд ли сможете приобрести новый компьютер с ОЗУ менее 32-64 Мбайт, т.е. еще на два порядка больше.
Еще одной важной характеристикой памяти является время доступа или быстродействие памяти. Этот параметр определяется временем выполнения операций записи или считывания данных; он зависит от принципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.
8.4 Основные принципы выбора персонального компьютера
Критерии выбора персонального компьютера
1. Важно определить решаемые с помощью компьютера задачи и область применения: офисный, игровой, специализированный (САПР, дизайн, сложные математические расчеты, видеообработка).
2. Учет всех необходимых и дополнительных компонентов, цветовой гаммы устройств ввода-вывода, системного блока
8.5 Конфигурация персонального компьютера. Составление различных устройств по прайс-листу.
Таблица 1
| Компоненты | Socket 478 | Socket 775
|